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Diese Kapsel, ist für die Zubereitung von heißem Getränk geeignet und kann für Tee-, Espresso- oder Kaffee-Zubereitung in dementsprechend hergestellte Maschinen verwendet werden. Das Getränk wird direkt in der Kapsel gebrüht, durch ein dort eingebautes Heizelement. Der Kaffee z.B. wird aus der Kapsel auch direkt in die Tasse ohne Zwischenwege eingeschenkt. Somit weist die Maschine selbst keine Heizwasser-Vorrichtung auf.
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Es gibt zahlreiche Kapselmaschinen, die für die Kaffee- oder Espresso-Zubereitung die Kapseln benutzen. In den Kapseln befindet sich eine kleine Kaffee-Pulver Menge (ca. 5 - 6 Gramm). Dort ist auch ein Filter integriert, der den Kaffee beim Durchfließen filtriert. Die Kapsel wird bei der Zubereitung in die Maschine an mehrere Stellen durchgestochen und auf einer Seite strömt heißes Wasser hinein, während aus der anderen Seite der Kaffee herausfließt. Es gibt allerdings auch Kapseln, in denen das Wasser-Kaffee-Gemisch schon drinsteckt. Der Kaffeefluss kommt zuerst in einem Trichter, dann wird er durch ein Gefäß in Halbrohr-Form bis zu der Tasse geleitet. Diese Umwege kühlen leider den Kaffee mehr oder weniger, deswegen ist der erste Kaffee meistens geringfügig kühler, als z.B. der nachfolgende Kaffee, falls unmittelbar danach eine zweite Kapsel zubereitet werden soll.
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Die Veröffentlichung
DE 20 04 760 C3 beschreibt eine Vorrichtung zur Zubereitung von warmen Getränken aus einer Patrone, wobei zwischen einer Hülle des Behälters und der Heizwand ein Heizelement angeordnet ist. In die Vorrichtung befindet sich an dem oberen Ende des Behälters ein verschließender und die Patrone nach unten drückender Deckel, der schwenkbar am Behälter angebracht ist, wobei der Deckel an der der Schwenkstelle gegenüberliegenden Seite einen Gelenkzapfen aufweist, an dem ein mit einem Handgriff ein Stück bildendes Verriegelungsorgan angebracht ist, welches zum Verschließen in eine, in Nähe des oberen Randes des Behälters angeordnete Nase eingreift.
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Die Veröffentlichung
US 2022 /0 218 144 A1 beschreibt Systeme zum kontrollierten Erhitzen und Rühren für die Herstellung flüssiger Lebensmittel- oder Getränkeprodukte. Hier werden Systeme zum kontrollierten Erhitzen und / oder Rühren für die Herstellung flüssiger Lebensmittel- oder Getränkeprodukte offenbart, wobei ein Spender zum Herstellen eines flüssigen Lebensmittel- oder Getränkeprodukts aus einem gefrorenen Inhalt in einem Behälter, umfassend eine Kammer, die zur Aufnahme eines den Inhalt enthaltenden Behälters konfiguriert ist, und einen Verdünnungsflüssigkeitseinlass, der zum Zuführen einer Verdünnungsflüssigkeit in das Innere des Behälters konfiguriert ist. Der Spender umfasst außerdem einen Perforator, der so konfiguriert ist, dass er den Behälter perforiert und einen Produktauslass aus dem Behälter für das flüssige Produkt bildet, sowie einen Rührer, der so konfiguriert ist, dass er dem Behälter und/oder dem Inhalt im Behälter eine Bewegung verleiht, die einen Strömungsweg vom Flüssigkeitseinlass vergrößert zum Produktauslass, der von mindestens einem Teil der Verdünnungsflüssigkeit bei Zufuhr aufgenommen wird, relativ zu einem Strömungsweg vom Flüssigkeitseinlass zum Produktauslass, der von dem Teil der Verdünnungsflüssigkeit ohne die übertragene Bewegung aufgenommen wird.
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Die Veröffentlichung
WO 2016 / 012 999 A1 beschreibt eine Einweg-Heizbecheranordnung für Flüssigkeiten und einen Deckel dafür. Diese Erfindung betrifft eine Einwegbecheranordnung zum Erhitzen von Flüssigkeiten, umfassend einen Vorratsbecher, der als Trinkgefäß dient, einen abnehmbaren Deckel zum Abdecken des Vorratsbechers, wobei der abnehmbare Deckel an seinem Boden eine Flüssigkeitsabsaugvorrichtung aufweist, durch die Flüssigkeit in den Vorratsbecher fließen kann, eine geschlossene Wasserheizkammer, die ein Heizelement zum Erhitzen der in der Kammer gespeicherten Flüssigkeit enthält und ein Transferrohr, das dafür ausgelegt ist, erhitzte Flüssigkeit von der Heizkammer in den Vorratsbecher zu übertragen, wenn in der Kammer aufgrund der Erwärmung Druck erzeugt wird, wobei das Transferrohr einen Flüssigkeitseingabeabschnitt aufweist, der sich am Boden der Kammer befindet und dazu geeignet ist, Flüssigkeit aufnehmen und einen Flüssigkeitsausgabeabschnitt hat, der zum Behälterbecher gerichtet ist.
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Die Anmeldung
US 2015 / 0 203 285 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zubereitung von Getränken durch Kapsel-Technik. Hier wird unter anderen eine Kapsel zur Zubereitung eines Getränks offenbart. Die Kapsel umfasst einen Zutatenbehälter, der mindestens eine Zutat zur Zubereitung eines Getränks enthält und einen verschlossenen Flüssigkeitsbehälter, der eine für die Zubereitung eines Getränks ausreichende Flüssigkeitsmenge enthält. Zwischen dem Flüssigkeitsbehälter und dem Zutatenbehälter ist eine flüssigkeitsdichte Trennwand eingebaut. Die Trennwand ist so angeordnet, dass sie aufgebrochen werden kann, damit die Flüssigkeit mit der mindestens einen Zutat in Kontakt kommt und ein Getränk entsteht.
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Die Veröffentlichung
CN 2 09 678 238 U beschreibt eine Art Kaffeemagazin, das für Dampfdruck-Kaffeemaschinen geeignet ist. Das Gebrauchsmuster offenbart eine Art Kaffeemagazin, das für Dampfdruck-Kaffeemaschinen geeignet ist, einschließlich Deckel und Kastenkörper, der mit dem Deckel verbunden ist, wobei die Oberseite mit einem Durchstechloch ausgestattet ist. Der Boden des Kastenkörpers ist mit einem Wasserauslass ausgestattet, eine weitere Kammer ist mit einem Wasserauslass verbunden. Im Vergleich zur bestehenden Technologie bietet das Gebrauchsmuster viele Vorteile. Sie ist z.B. einfach zu bedienen.
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Aus der Veröffentlichung
US 5 325 765 ist eine Filterpatrone bekannt, bei welcher das Kaffeepulver in einer Filtertüte innerhalb der Patrone aufgenommen ist. Die Außenhülle der Patrone ist dabei aus einem wasserundurchlässigen Material gefertigt, während die Filtertüte aus einem wasserdurchlässigen Material besteht. Die Filtertüte weist eine sich nach unten konisch verjüngende Form auf, so dass im unteren Bereich der Filterpatrone zwischen der Außenhülle und der Filtertüte eine Kammer gebildet wird. Zum Extrahieren des Kaffeepulvers wird die Patrone beidseitig durch eine obere und eine untere Aufstech-Vorrichtung aufgestochen.
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Die Erfindung
EP 1554958B1 betrifft eine Kaffeemaschine zum Aufbrühen von in einer Kapsel abgepacktem Pulverkaffee. Die Kaffeemaschinen der hier zur Rede stehenden Art werden überwiegend im Haushalt eingesetzt. Gegenüber herkömmlichen, mit einem Mahlwerk zum Mahlen der Kaffeebohnen versehenen Kaffeemaschinen liegt ein grundsätzlicher Vorteil der hier zur Rede stehenden Kaffeemaschinen darin, dass durch die Verwendung von Kapseln ein qualitativ hochwertiges Kaffeegetränk aufgebrüht werden kann, zumal das Kaffeepulver einen optimalen Mahlgrad aufweist und luftdicht in den Kapseln verpackt ist. Zudem unterliegen die Kaffeemaschinen einer relativ geringen Verschmutzung durch Kaffeepulver.
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Die Erfindung
EP 2476633B1 betrifft Kapsel, System und Verfahren für die Zubereitung eines Getränks. Hier wird der Versteifungsbereich insbesondere rotationssymmetrisch um den Penetrationsbereich angeordnet ist, wobei der Versteifungsbereich als zumindest eine abschnittsweise Vertiefung im Wesentlichen in Umfangsrichtung im Boden ausgebildet ist, unter Schutz gestellt.
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Aus der Veröffentlichung
DE 27 52 733 ist eine Patrone bekannt, welche eine Substanz für die Herstellung eines Getränks mit einer demensprechenden Maschine enthält. Diese Patrone weist ein dichtes Gehäuse mit einer spitzwinkligen Kegelstumpfform auf, und wird üblicherweise aus Aluminiumblech hergestellt.
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Aus der Veröffentlichung
WO 2010/041179 A1 ist eine Kapsel zur Getränkeherstellung wie z.B. Kaffee bekannt. Die Kapsel kann gemahlenen Kaffee enthalten und weist eine Oberseite auf, an der ein Schwächungsbereich eingebaut ist.
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Aus der Veröffentlichung
EP 1 944 248 A1 ist eine Kunststoffkapsel bekannt, welche ein Pulver für die Herstellung eines Getränks mit einer dementsprechenden Maschine enthält. In einem zentralen Bereich des Bodens der Kapsel ist eine verstärkte Wand eingebaut, um zu verhindern, dass sich der Boden unmittelbar vor der Penetration durchbiegt.
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Die Veröffentlichung
DE20 04 760 A beschreibt einen Behälter mit einer Hülle und eine eingebaute Heizwand. Es wird ein am oberes Ende des Behälters verschließender und die Patrone nach unten drückender Deckel, der schwenkbar am Behälter angebracht ist und dass der Deckel an der der Schwenkstelle gegenüberliegenden Seite einen Gelenkzapfen aufweist, an dem ein mit einem Handgriff und ein Verriegelungsorgan angebracht ist, welches zum Verschließen in eine in der Nähe des oberen Randes des Behälters angeordnete Nase eingreift, beschrieben.
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Solche Maschinen, weisen komplizierte Komponenten auf, wie ThermoBlock, Hochdruck-Pumpe, Überwachungs-Elemente, Steuerung, etc. Ein Nachteil dieser Maschinen ist, dass insbesondere der Thermoblock, dort wo das Wasser erhitzt wird, je nach Kalkinhaltsgrad der Wasserleitung, mehr oder weniger entkalkt werden muss. Hinzu kommt, dass drin jedes Mal bei Zubereitung, Kaffee-Reste in den Maschinenteilen haften, die mit der Zeit zu Schimmelbildung führen können. Besonders gefährdet sind die Bauteile, die den Kaffeefluss von der Kapsel bis zu der Tasse leiten. Zudem sind die Maschinen relativ kompliziert gebaut, weil sie viele Elemente aufweisen, die durch Kalkwasser gestört werden können. Die Brüheinheit in der Maschine ist eine der teuersten Komponenten, nach der Hochdruck-Pumpe.
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Der in der Patentansprüchen 1 bis 28, liegt der Aufgabe zugrunde, eine Kapsel für eine Kapsel-Zubereitungsmaschine oder Kaffeemaschine zu schaffen, die relativ einfach gebaut ist und die ein Heißgetränk oder einen Kaffee direkt drin zubereiten kann und den nahezu direkt aus der Kaffeekapsel in die Tasse leitet.
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Dieses Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1 bis 28 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Vorteile der Vorrichtung sind:
- - die Kapsel liefert ein erstklassiges Getränk, das direkt gebrüht wird, insbesondere für einen sehr leckeren Kaffee optimal geeignet,
- - einfache Bauweise der Maschine, die diese Kapsel nutzt, und vor allem leicht, sodass sie auch als tragbares Gerät konzipiert werden kann,
- - robust,
- - keine schimmelbildenden Stellen vorhanden,
- - keine Kalkbildung,
- - einfach zu säubern.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der 1 bis 5 erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit dem integrierten Heizelement in der Kaffee-Kapsel,
- 2 eine tragbare Variante,
- 3 eine weitere Ausführung mit einem Heizelement, in Form einer Alu-Heiz-Spirale in die Kapsel integriert,
- 4 den Kapsel-Aufbau,
- 5 die stark gepresste Kugel-Kaffeepulver.
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Im Gegensatz zu dem Stand der Technik, ist hier neu der Einbau des Heizelements direkt in die Kapsel. Das macht den Wassererhitzer in der Maschine komplett überflüssig, der Kaffee wird direkt gebrüht und es besteht kein Entkalkungs-Bedarf für die Maschine. Auch der Einbau einer Hochdruck-Pumpe in die Maschine ist hier nicht mehr erforderlich, weil durch Erhitzung des Wassers direkt in der Kapsel, ein Dampfdruck entsteht, der die Kapsel-Inhalt mit Druck nach unten, durch den eingebauten Filter in die Kapsel, direkt in die Tasse leitet. Die Bauweise dieser Vorrichtung ist extrem vereinfacht, sodass sie sehr attraktiv auch für eine Gestaltung der tragbaren Varianten ist. Insbesondere, wenn dazu auch noch die Verwendung von speziellen Kapseln in Zigarettenform hinzukommt, kann eine sehr kleine tragbare Variante gebaut werden. Die kann hier so klein wie ein Filzstift gebaut werden, was z.B. für schnellen Espresso für unterwegs optimal geeignet ist. Die Wassermenge bei einem Espresso ist auch relativ klein (ca. 15 - 25ml Wasser). Die Kapsel ist so gestaltet, dass beim Überdruck nur an einer Soll-Stelle, die nach unten ausgerichtet ist, wenn sich die Kapsel in der Maschine im Brühposition befindet, den Druck ablässt, bzw. den Kaffee aus der Kapsel freigibt. Das kann durch verstärkte Wände mit einem einzigen Schwachpunkt nach unten gerichtet, realisiert werden.
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Diese Kapsel, die mit einer Substanz gefüllt wird, die für eine Tee-, Kaffee-, oder Espresso-Zubereitung verwendet werden kann, ist relativ einfach gebaut. Auch die Kaffee-Kapsel-Maschine 1 hier, ist viel einfacher, als die herkömmlichen Maschinen gebaut. Die Maschine hier weist keine Wasserdruckpumpe und kein Wassererhitzer auf. Man kann zwar eine Wasserdruck-Pumpe auch hier einbauen, ist aber nicht unbedingt notwendig. Die Funktionsweise ist ebenso unkompliziert. Die Kaffeekapsel 2, die eine trichterförmige Spitze 3 aufweist, wird in dem Kapsel-Aufnahme-Behälter 4 der Maschine mit der Spitze nach unten angebracht, der Deckel 5 nach unten gedrückt, verschlossen, wobei durch den Druck nach unten eine Kanüle- / Injektionsnadel 6 die Kapsel von oben aus, in die Kapsel 2 einsticht. Der Aufnahme-Behälter weist eine kleine Öffnung oder einen Kanal 7 nach unten auf, in dem die trichterförmige Spitze 3 der Kaffeekapsel 2 teilweise eindringt. Das kalte Wasser 8 wird in die Kaffeekapsel injiziert, fließt aber noch nicht in die Kaffee-Tasse 9 unten, weil die Trichter-Spitze der Kapsel noch geschlossen ist. Dies zu öffnen, braucht es einen etwas höheren Druck in die Kapsel drin. Das Wasser für das Injizieren kann durch Schwerkraft (höhere Positionierung des Wasserbehälters) oder durch selbständiges Ansaugen durch evakuierte / Unterdruck-Kaffee-Kapseln erfolgen. Sobald die Kapsel mit Wasser gefüllt wird, wird durch ein mechanisches Ventil (Sperrventil) / Elektroventil 44 in die Nadel, in die Leitung oder in die Einstich-Vorrichtung die Wasserleitung geschlossen und die Einstichstelle 18 durch eine GummiDichtung 19 abgedichtet. Ob die Nadel noch drin bleibt oder schon eingefahren wird, das bleibt dem Hersteller überlassen. Ein Strom wird durch zwei Kontaktstellen / Strom-Kontaktstellen 10 im Außenbereich der Kapsel, über zwei Elektroden oder Kontaktstifte 11 der Maschine, in die Kapsel geleitet und das Heizelement 12, das in die Kapsel drin eingebaut, oder in ihre Kapselwand integriert ist, blitzartig erhitzt. Der Inhalt (Kaffeepulver und Wasser) 13 in die Kapsel wird blitzartig erhitzt und damit ein Überdruck in die Kapsel generiert. Weil die Kapsel in dem Aufnahme-Behälter 4 sich befindet, ist sie dadurch geschützt und kann nicht ohne weiteres unkontrolliert sich ausdehnen oder platzen. Somit hält die Kapsel höheren Druckwerten stand, als wenn sie außerhalb des Behälters stehen würde. Der Strom wird nur sehr kurz durch das Heizelement fließen und es auf ca. 100 - 130°C erhitzen. Das reicht in der Regel, um ca. 25ml Wasser-Kaffee-Gemisch auf über 100°C blitzartig zu erhitzen. Die Hitze erzeugt in die Kapsel drin einen Dampfdruck, der immer höher wird.
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Die Erhitzung der Inhalt und die Druck-Bildung dauern, je nachdem wie das Heizelement konstruiert ist, nur einige Sekunden. Durch den Überdruck wird die Spitze der Kapsel an einer Sollbruchstelle gebrochen, perforiert oder sich öffnen. Durch die Kaffeekapsel-Spitze 3, die durch Überdruck von alleine sich öffnet, strömt der Kaffee 14 dann direkt in die Kaffee-Tasse 9. Ein winzig kleiner Bereich in der Kapsel-Spitze kann mit einem Strömungs-Moderator / Störer / Verlangsamer 45 in Form eines kleinen Teils, das wie ein fester Schaumstoff konstruiert ist, ausgestattet werden, der den Kaffefluss (Tee-Fluss) etwas bremst und verwirbelt, sodass kein scharfer Strahl auf die Tasse schießt. Auf die Tasse kann auch eine Abdeck-Haube oder Deckel 46 herangefahren oder drauf gelegt werden, damit keine Spritzer aus der Tasse auftreten. In der Regel reicht aber der Strömungs-Moderator / Störer vollkommen aus. Der Druck erhöht sich in der Kapsel innerhalb von Sekunden auf einige Bar, sodass der Inhalt dann nach unten gepresst wird, weil kein anderer Weg für den Kaffee-Abfluss gibt. Seitlich und von oben ist die Kapsel gut durch die Halterungs-Wände und dem Dichtungsring oben, geschützt und abgedichtet, somit bleibt nur der Weg nach unten durch die Kapsel Spitze frei.
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Bei der Herstellung kann in die Kapsel ein Kanal-Verschluss 15 an der Kapsel-Spitze eingebaut werden, der mit einer Sollbruchstelle, bzw. einen Schließteil, die / das nur durch Überdruck im Inneren der Kaffeekapsel geöffnet wird. Wichtig ist allerdings, dass keine Teile aus der Spitze oder dem Verschluss gelöst werden dürfen, weil sonst diese in die Kaffee-Tasse landen. Ein solcher Verschluss kann z.B. aus einer Silikon-Scheibe 16 (oder ein Silikon-Körper in Zylinder- oder Kugelform) bestehen, die einen winziges Loch 17 in der Mitte aufweist, das nur durch Überdruck geöffnet werden kann und sonst verschlossen bleibt. Sobald die Kapsel mit Wasser gefüllt wird und die Luft von innen durch die Einstichstelle entwichen ist, wird die Einstichstelle 18 durch Einschieben eines Dichtungsrings 19 entlang der Kanüle 6 abgedichtet und die Kapsel 2 wird über die Kontaktstellen 10 (Strom-Kontaktstellen) unter Strom gesetzt. Um die Anordnung der Kontaktstellen der Kapsel an die gefederten Kontakt-Stifte / Elektroden 11 der Kaffeemaschine immer richtig zueinander zu positionieren, kann die Kapsel eine geometrische Form aufweisen, die diese Position stets gewährleistet. Z.B. eine von oben ausgesehen, ovale Form der Kapsel mit zwei Ösen oder Kontaktpads 20, diametral angeordnet, können als Kontaktstellen für die Kapsel dienen. Für ein besseres Ansaugen des Wassers, kann die Kapsel-Kaffee luftleer sein, bzw. mehr oder weniger unter Vakuum stehen. Sobald sie eingestochen wird, saugt sie das Wasser automatisch ein. Um das Herumspritzen zu vermeiden, befindet sich in der Kanal-Spitze ein kleiner Filter 21, der das Fließen des Kaffees etwas abbremst und somit der Kaffee in einen ruhigen Kaffeefluss zu Tasse wandert.
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Ein Ausführungsbeispiel ist auf der 1 dargestellt. Sobald die Kaffee-Kapsel in dem Behälter der Maschine 1 eingelegt wurde, schließt man den Deckel 5 von oben, in dem die Injektionsnadel 6 sich befindet. Das Schließen kann durch ein Herabsenken des Deckels erfolgen. Sobald die Injektionsnadel (die Kanüle) 6 die Kapsel 2 von oben eingestochen hat, werden ca. 15-25ml kaltes Wasser injiziert. Dementsprechend soll auch die Kapsel dimensioniert sein, sodass sie diese Menge Wasser aufnehmen kann. Weil das Wasser durch die relativ schmale Injektionsnadel einströmt, verursacht sie im Inneren der Kapsel einen Wirbel, der das Kaffeepulver und das Wasser relativ gut durchmischt. Unmittelbar nach dem Wasser-Injizieren, werden die Kontaktstellen (Strom-Kontaktstellen, Kontakt-Pads 10, 20) unter Strom gesetzt und das Heizelement 12 in der Kapsel wird das Wasser-Kaffee-Gemisch in der Kapsel blitzartig erhitzen. Es entsteht ein Überdruck in der Kapsel drin. Weil die Kapsel sich in dem Aufnahmebehälter 4 befindet der passend geformt ist, kann sie sich nicht ausdehnen oder platzen, sondern es wird die unten in die Kapsel eingebaute Sollbruchstelle (Verschluss, z.B. Kranzförmige-Verschluss) geöffnet und der Kaffee kann direkt in die Tasse einfließen. Der Kapsel-Aufnahmebehälter verleiht der Kapsel die notwendige Struktur-Stabilität, während in ihr der Innen-Druck steigt. Ein Filter 21 soll über den Verschluss drin in die Kapsel, wie bei üblichen Kaffee-Kapseln auch, eingebaut werden, damit der Kaffee gut filtriert nach außen fließt. Der Verschluss kann ein Stück Sollbruch-Folie sein oder auch ein Silikon-Körper oder eine Silikon-Scheibe sein, die eine sehr schmale Öffnung hat, die sich alleine durch die elastische Materialstruktur geschlossen hält und die sich nur durch Überdruck öffnet und das Wasser herausströmen kann. Diese Scheibe würde wie bei der bewährten Technik in Siebträger-Espresso-Maschinen auch den Espresso-Schaum durch Vibrationen beim Passieren des Kaffees erzeugen. Das Heizelement in die Kapsel drin soll so einfach wie möglich gebaut werden. Das kann eine sehr einfache Alu-Spirale oder Spule sein, die an die Kapsel-Wand 22 oder mittig drin positioniert ist. Die Alu-Kapselwand kann als Heizelement dienen, wenn es spiralförmig geschnitten und isoliert ist, oder Stromleiter-Streifen aufweist, die ziemlich dünn an die isolierte Wand entlang angeordnet sind, sodass der Strom wie in eine Spule oder in schmalen Leiter-Bahnen mit hoher elektrischen Widerstand fließen kann. Der Druck wird alleine durch die Hitze in der Kapsel drin erzeugt und der dort erzeugte Dampf verdrängt die Wasser-Kaffeepulver-Mischung aus der Kapsel. Somit kann diese Kaffeemaschine auch im Kleinformat und tragbar konzipiert werden. In dem Fall müsste sie lediglich noch einen Akku 43 für die Stromversorgung haben und damit wäre der Kaffee jederzeit z.B. auch im Freien machbar (2). Weil keine Pumpe und kein Wassererhitzer in der Maschine notwendig sind, kann die tragbare Variante so groß wie ein dicker Filzschreiber oder eine Zigarettenschachtel sein und müsste nur noch einen kleinen nachfüllbaren Wassertank 23 mit z.B. 25 - 50ml Inhalt haben, der für 1-2 Espressos reichen würde. Für die Wasser-Injektion in die Kaffeekapsel kann eben die Variante mit dem Unterdruck in die Kapsel oder eine einfache Einspritz-Vorrichtung 24, die ähnlich wie eine medizinische Spritze mit einem Kolben drin gebaut ist, verwendet werden. Man drückt einfach den Kolben 25 in der Spritze nach unten und das Wasser landet in die Kapsel drin. Bei evakuierten Kapseln ist die Spritze überflüssig, weil hier die Kapsel von alleine durch den Unterdruck das Wasser ansaugt. Danach wird der Strom eingeschaltet und das Wasser binnen Sekunden erhitzt. Den Rest erledigt der Wasserdampf in die Kapsel drin. Eine elektronische Steuerung 26 ist dabei notwendig, die die Stromzufuhr überwacht und die Stromversorgung nach einigen Sekunden abschaltet, sodass keine Schmelze aus dem Heizelement entsteht. Man kann auch einen Temperatur-Sensor 27 in dem Aufnahme-Behälter 4 einbauen, dies ist allerdings nicht unbedingt notwendig.
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Die Funktionsweise der Maschine erlaubt eine sehr schnelle Kaffee-Zubereitung. Sowohl die stationäre, als auch die tragbare Variante können in weniger als 10 Sekunden z.B. einen Espresso zubereiten. Auf der 3 ist eine weitere Ausführung dargestellt. Die Wasser-Kaffee-Gemisch Erhitzung übernimmt ein Heizelement, in Form einer Alu-Heiz-Spirale 28, die in die Kapselwand integriert ist. In Wirklichkeit ist hier die Alu-Kapselwand 22 spiralförmig gestaltet und auf einer weiteren Isolations-Wand 29 integriert. Eine weitere Innen-Isolations-Wand 30 isoliert das Heizelement vom Kapsel-Inhalt (Kaffee und Wasser). Die Innenisolations-Wand soll die Hitze des Heizelements gut leiten können und Strom-Isolierend wirken. Die Stromversorgung des Heizelements erfolgt durch zwei Elektroden oder Kontaktstifte 11, die auf die Kontaktstellen 10 auf der Kapsel berühren, die von dem Akku in die Vorrichtung einen Strom kurzzeitig in die Kapsel leiten. Der Kapsel-Inhalt wird dadurch blitzartig erhitzt, ein Überdruck drin entsteht und der Kaffee 14 fließt von der Kapsel direkt in eine Kaffee-Tasse. Weil an der Spitze 3 der Kapsel in dem Kanal, der durch Überdruck sich öffnet, mit einem Silikon-Körper verschlossen ist, wird der Kaffee-Fluss durch Mikrovibrationen beim Ausfließen auch mit einem Kaffee-Schaum bereichert.
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Zu erwähnen ist, dass die Kapsel die Hitze des internen Heizelements aushalten muss, bzw. die Kapselwand aus einem Material hergestellt werden muss, dass nicht gleich bei 150° schmelzen würde. Alu ist dabei optimal geeignet. Dennoch kann die dazugehörige Kaffee- oder Espresso-Maschine mit Temperatur-Wächter oder Stromfluss-Regler ausgestattet werden, die eine Überhitzung des Heizelements in die Kapsel verhindern würden. In der Regel würde vollkommen ausreichen, wenn das Heizelement auf 100 - 105°C erhitzt wird.
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Die Maschine kann mit einem elektronischen Temperatur-Kontroller / Regler 31 und einem Temperatur-Sensor 27 ausgestattet werden, der die Stromzufuhr beim Erreichen einer bestimmten Temperatur abschaltet. Oder auch das Heizelement kann außerhalb der Kapsel mit einer „Sicherungs-Stelle“ 32 gekoppelt werden, die nach einigen Sekunden durch den Stromfluss durch Schmelzvorgang unterbrochen wird. Allerdings im Kaffee drin soll keine Stromleiter- oder Sicherungs-Schmelze stattfinden. Diese können außerhalb der Kapsel eingebaut werden. Der Kapsel-Aufnahme-Behälter der Maschine soll das Ausdehnen der Kapsel verhindern, daher soll er stabil gebaut sein und aus einem hitzefesten Material bestehen. Dafür sind Keramik, Metall oder auch bestimmte hitzebeständige Kunststoffe geeignet. Als Kaffee-Kapsel können hier sehr gut solche in langen und schmalen Form / Zigarettenform-Ähnliche Kapseln 33 verwendet werden. In denen wäre einfach eine Stromleitung (z.B. aus Teile oder Streifen aus der Kapsel-Wand) entlang in die Kapsel drin einzubauen, die durch den elektrischen Widerstand schnell erhitzt wird. Die Kontaktstellen (Strom-Kontaktstellen) wären in dem Fall jeweils an den Enden der zigarettenförmigen Kapsel oder beide an einem Ende einzubauen. Ob die Kapsel aus Metall-Folie, Holz, Papier, Bambus oder hitzebeständigem Kunststoff gebaut ist, das bleibt dem Hersteller überlassen. Die Kapsel selbst muss nicht sehr hohe Druckwerte aushalten können. Ein paar Bar reichen aus. Dem deutlich höheren Druck hält sie aber stand, wenn sie im Kapsel-Aufnahme-Behälter sich befindet, weil dort nahezu von allen Seiten durch die Behälter-Wände gestützt wird. Allgemein reichen dabei Druckwerte von 2-10 Bar vollkommen aus, weil diese Werte direkt in die Kapsel generiert werden und nicht durch eine Pumpe außerhalb, die durch die Leitungen deutliche Druckverluste in Kauf nehmen müsste. Die hier direkt generierte 5Bar sind nahezu analog mit einer Druckpumpe, die in die Kaffeemaschine arbeitet, die 20Bar generiert.
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Weil die Kapsel hier das Heizelement aufweist, würde man meinen, dass sie umweltschädlicher, als die herkömmlichen Kapseln sein müssten, was allerdings nicht unbedingt der Fall ist. Das Heizelement besteht aus einer Metall-Spirale, die Bestandteil der Kapselwand sein kann, die drin eingebaut ist, oder in die Kapselwand integriert ist. Die Integration in die Kapselwand ist eine optimale Lösung, weil dabei keine Extra-Metall-Teile eingebaut werden müssen. Hierfür muss lediglich ein spezieller „Schnitt“ an die herkömmliche Kapselwand ausgeführt werden, der die Wand in schmalere Leiterbahnen umwandelt, die durch Stromfluss erhitzt werden können. Mehr ist nicht notwendig. Dadurch wird die Kapsel nicht schwerer und sie wird auch nicht komplizierter gebaut. Die schmalen Alu-Leiterbahnen 34, die an die Kapselwand „geritzt“ sind, leiten den Strom direkt von den Kontaktstellen durch und erhitzen sich dabei. Die Leiterbahnen können z.B. in Band-Form ca. 1mm oder etwas breiter gestaltet werden und bei einer Länge von 5-20cm leisten sie genug Stromwiderstand, sodass sie blitzartig erhitzt werden können. Sie sollen allerdings nicht so stark unter Strom gesetzt werden, dass sie schmelzen oder brennen, sondern lediglich so, dass sie ca. 105 - 120°C sich erhitzen. Durch einen Strom-Fluss-Kontroller können die genaue Strom-Stärke und die Spannung geregelt, sodass diese angestrebten Temperaturen auch erreicht werden. Das Kaffeewasser drin in der Kapsel erhitzt sich binnen Sekunden und erzeugt dabei den notwendigen Druck, der die Spitze der Kapsel, die nach unten angeordnet ist, öffnet und den Kaffee in die Tasse direkt fließen lässt. Der Filter unten an der Spitze verhindert ein explosionsartiges Austreten des Kaffees und bremst die Fluss-Geschwindigkeit etwas ab, sodass sie ruhig und ohne Abspritze in der Tasse landen kann.
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Eine weitere Variante weist nicht mal einen Wasser-Einspritzer für die Kapsel auf. Hierfür werden aber schon mit Wasser und Kaffee befüllte Kapseln / Liquid-Kaffee-Kapseln 35 verwendet werden, in denen die Leiterbahnen bzw. das Heizelement schon eingebaut sind. In die Kapsel hier sind zwei Kammern eingebaut: eine Wasser-Kammer und eine Kaffee-Pulver-Kammer, die durch eine Trennmembrane oder Trennwand (Folie) voneinander getrennt sind. Sie werden durch zwei (oder mehrere) Kontaktstellen 10 von außen mit Strom versorgt, das Heizelement 12 erhitzt sich und der Druck in die Kapsel wird sich erhöhen. Unmittelbar nach Erreichen eines bestimmten Druckwertes öffnet sich der Kanal 7 in die Spitze 3 der Liquid-Kapsel 35 und der Kaffee strömt in die Tasse ein. Diese Espresso- oder Kaffee-Zubereitungs-Maschine ist so einfach gebaut, sodass sie problemlos auch als mobiles, tragbares Gerät mit Akku 43 konzipiert werden kann. Als solches Gerät kann es in Form eines etwas dickeren Kugelschreibers / Filzstiftes gebaut werden, der einen Akku aufnehmen kann und der mit einem Kapsel-Aufnahme-Schacht ausgestattet ist. Durch die elektronische Steuerung wird dabei der Strom zu genauen Werten begrenzt und somit den Benutzer und die Vorrichtung gegen Verbrennungen schützen. Die Außenwand des Kapsel-AufnahmeBehälters ist so gestaltet, dass er isolierend auf die Hitze wirkt, die von der Kapsel ausgeht. Auf diese Weise kann man diesen Behälter auch mit der Hand gefahrlos anfassen. Die Außenwand kann so konstruiert werden, dass sie nur geringfügig erwärmt wird, auch wenn man einige Kapseln hintereinander benutzt und mehrere Kaffees zubereitet hat. Die Variante aus der 4 zeigt eine Ausführung, wobei in die Kaffee-Kapsel sowohl das Kaffeepulver 36 als auch das kalte Wasser 8 schon bei der Herstellung drin sind. Diese Doppelkammer-Kapsel 38 besteht aus zwei Kammern: einer Wasserkammer 39 und einer Kaffeepulver-Kammer 40. Das Kaffeepulver 36 und das Wasser 8 sind voneinander durch eine dünne Sollbruch-Folie (Trennfolie, Alufolie, Trennwand, Trennmembrane) 41 getrennt. Das Heizelement 12 in der Doppelkammer-Kapsel befindet sich in die Wasserkammer 39, kann aber auch teilweise in die Kaffeepulver-Kammer eingebaut werden. Sobald der Druck in der Wasserkammer durch die Erhitzung steigt, dann wird die Trennfolie (z.B. Alufolie) 41 zerrissen und das heiße Wasser 37 strömt in die Kaffeepulver-Kammer 40 ein. Für einen optimalen Wasser-Fluss kann die Wasserkammer in Form eines Huts gebaut und über die Kaffee-PulverKammer gestülpt sein. Durch die Wassererhitzung steigt der Druck permanent in der Kapsel weiter an, und zum Schluss wird eine weitere Verschluss-Folie 42 in die Kaffeepulver-Kammer endlich nachgeben, die den Kaffee nach unten in die Tasse durchlässt.
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Zu erwähnen ist, dass die Kapsel aus einem hitzebeständigen Material hergestellt werden soll. Kunststoff würde dabei schmelzen und ist dafür eher ungeeignet. Alu ist dabei eine gute Wahl. Man kann eventuell auch Holz- / Bambus verwenden. Diese sind nachhaltige bzw. schnell nachwachsende Rohstoffe, die für eine Kapselherstellung optimal geeignet sind. Um eine luftdichte Einschließung des Kaffeepulvers zu ermöglichen, kann die Innen- oder Außen-Wand der Kapsel aus Holz, imprägniert werden.
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Auf der 5 ist eine weitere Ausführung dargestellt, wobei die Kapsel komplett kugelförmig gebaut ist und mit gepresstem Kaffeepulver gefüllt ist. Das Heizelement befindet sich drin und lediglich die Stromkontaktstellen 10 stehen draußen. Der Kaffepulver kann allerdings auch stark gepresst in Kugelform gebracht, und eine Kaffee-Einheit ohne Außenhülle bilden. Das Heizelement wird mit dem Pressvorgang bei der Herstellung der gepressten Kaffee-Pulver-Kugel 47 mit eingepresst. Die Kontaktstellen sind von außen zugänglich, bzw. an der Oberfläche der gepressten Kaffee-Pulver-Kugel platziert. Das wäre eine „Kapsel“ ohne Hülle, was die Abfallprodukte nach der Verwendung bzw. Kaffee-Extrahieren, minimiert. Übrig bleibt lediglich das dünne Heizelement in Form eines Heizdrahtes, das kaum ins Gewicht bei der Müll-Entstehung fällt. Wenn das Heizelement zusätzlich Eisen beinhaltet, kann dieser Heizdraht schnell alleine durch einen Magneten / Elektromagneten aus einem Abfall-Haufen angezogen und sauber von dem Rest getrennt werden. Um den Kaffee-Pulver vor Oxidation zu schützen, kann die Oberfläche der Kaffee-Kugel imprägniert werden. Als Imprägnierungsschicht 48 kann dünne Glas-Zucker, eine karamellisierte Schicht, oder eine eigene Kaffee-Pulver-Schicht aus ultraschnellen und hocherhitzter Kaffee-Pulverschicht / ultrahocherhitzer Beschichtung 49 die sehr dünn ist, aber keine Luft durchlässt, bestehen. Die ultrahocherhitze Beschichtung 49 besteht aus Kaffee-Pulver-Körner, die durch hohe Hitze miteinander schmelzen und ist extrem dünn, sodass sie kaum ins Gewicht trägt und somit den Kaffeegeschmack nur geringfügig beeinflusst. Die Erstellung einer solchen Beschichtung kann durch kurzes Flambieren oder noch besser durch eine ultrakurze Behandlung mit sehr heißen Plasma-Strahlen während der Herstellung. Man kann die gepresste Kugeln bei der Herstellung auf einem Laufband oder Laufgitter legen, und dann in einem Abschnitt diese mit Plasmastrahlen (von oben, unten oder seitlich) sehr schnell oberflächlich erhitzen. Selbstverständlich, dass bei der Verwendung von Kaffee-Kugeln, die hüllenlos sind, auch die Kaffee-Maschine so gebaut werden soll, dass sie optimal für die Verwendung solcher Kugeln angepasst ist. Die Maschine müsste in dem Fall eine hohlkugelförmige Kammer (oder Aufnahmen-Schacht) haben, in der die Kugel eingelassen wird, die mit einer kleinen Öffnung unten versehen ist, durch die der Kaffee in eine Tasse einfließen kann.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- Kaffee-Kapsel-Maschine
- 2
- Kaffeekapsel / Teekapsel / Heißgetränk-Kapsel
- 3
- trichterförmige Spitze
- 4
- Kapsel-Aufnahme-Behälter
- 5
- Deckel
- 6
- Kanüle- / Injektionsnadel
- 7
- Öffnung / Kanal
- 8
- Kaltes Wasser
- 9
- Kaffee-Tasse
- 10
- Kontaktstellen / Strom-Kontaktstellen
- 11
- Elektroden / Kontakt-Stifte
- 12
- Heizelement
- 13
- Inhalt (Kaffeepulver und Wasser)
- 14
- Kaffee (gebrüht)
- 15
- Kanal-Verschluss
- 16
- Silikon-Scheibe / Silikon-Körper in Zylinder- oder Kugelform
- 17
- Winziges Loch in der Mitte
- 18
- Einstichstelle
- 19
- Dichtungsring
- 20
- Ösen oder Kontaktpads
- 21
- Filter in der Kanal-Spitze
- 22
- Kapsel-Wand
- 23
- Nachfüllbarer Wassertank
- 24
- Einspritz-Vorrichtung
- 25
- Kolben
- 26
- Elektronische Steuerung
- 27
- Temperatur-Sensor
- 28
- Alu-Heiz-Spirale
- 29
- Isolations-Wand
- 30
- Innen-Isolationswand
- 31
- Temperatur-Kontroller / Regler
- 32
- „Sicherungs-Stelle“
- 33
- Zigarettenform-Ähnliche Kapseln
- 34
- Alu-Leiterbahnen
- 35
- Liquid-Kaffee-Kapsel
- 36
- Kaffeepulver
- 37
- Wasser
- 38
- Doppelkammer-Kapsel
- 39
- Wasserkammer
- 40
- Kaffeepulver-Kammer
- 41
- Sollbruch-Folie; Trennfolie; Alufolie
- 42
- Verschluss-Folie
- 43
- Akku
- 44
- Ventil (Sperrventil) / Elektroventil
- 45
- Strömungs-Moderator, Verlangsamer / Fluid-Fluss-Störer
- 46
- Abdeck-Haube oder Deckel
- 47
- Gepresste Kaffee-Pulver-Kugel
- 48
- Imprägnierungs-Schicht
- 49
- Hocherhitzter Kaffee-Pulverschicht / Ultrahocherhitze Beschichtung